Niet-lineaire mechanica INHOUD LES 1. Niet-lineair materiaalgedrag: gewapend betonnen wanden en staalprofielen. Niet-lineair raamwerk-element

Vergelijkbare documenten
Stap 2. Geometrisch niet-lineair model Het elastisch weerstandsmoment dat nodig is om dit moment op te nemen is

Niet-lineaire mechanica INHOUD LES 2. Voorbeeld van de EEM bij onderzoek. Software voor constructieberekeningen

Tentamen Materiaalmodellen en Niet-lineaire Mechanica Docent: P.C.J. Hoogenboom 29 mei 2012, 18:00 tot 19:30 uur. Vraagstuk 1 (30 minuten, 3 punten)

kinematische vergelijkingen constitutieve vergelijkingen evenwichtsvergelijkingen Figuur 1. Indeling van de vergelijkingen voor een constructiemodel

: Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam. : Het tentamen bestaat uit 4 bladzijden inclusief dit voorblad.

b Wat zijn de waarden van de hoofdspanningen in het kubusje? (zie figuur)

In een bewegende constructie treden ook traagheidskrachten op. Het stelsel vergelijkingen kan nu als volgt worden geschreven.

: Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam. : Het tentamen bestaat uit 4 bladzijden inclusief dit voorblad.

: Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam. : Het tentamen bestaat uit 3 bladzijden inclusief dit voorblad.

: Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam. : Het tentamen bestaat uit 3 bladzijden inclusief dit voorblad.

: Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam. : Het tentamen bestaat uit 5 bladzijden inclusief dit voorblad.

WAARSCHUWING : Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam!

Vraagstuk 1 (18 minuten, 2 punten)

THEMA IS BEZWIJKEN HET BEREIKEN VAN DE VLOEIGRENS?

: Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam. : Het tentamen bestaat uit 3 bladzijden inclusief dit voorblad.

: Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam. : Het tentamen bestaat uit 4 bladzijden inclusief dit voorblad.

ONDERWERPEN. LES 1 Spanningen en rekken in 3D en lineair elastisch gedrag. LES 2 Grensspanningshypothesen voor materialen

Niet-lineaire mechanica datum: Algemeen 2 Vraag 1 3 Vraag 2 8 Vraag 3 11 Vraag 4 14 Vraag 5 17 Vraag 6 19

Nieuwe functionaliteiten

a Teken een elementair kubusje met de optredende spanningen (0.6 punt)

Basic Creative Engineering Skills

ConstructieMechanica 3

Raamwerken. Efficiënt portalen en vakwerken ontwerpen. Intuïtieve invoer Snel rekenhart Duidelijke uitvoer en rapportage

CT2121 EXPERIMENT 1 ONDERZOEK NAAR DE VALIDITEIT VAN DE BUIGINGSTHEORIE FORMULIER 1: AFTEKENFORMULIER

Mechanica - Sterkteleer - HWTK PROEFTOETS versie C - OPGAVEN en UITWERKINGEN.doc 1/16

Statische Berekening

a Teken een elementair kubusje met de optredende spanningen (0.7 punt) Heerst in het bovenstaande kubusje een vlakke spanningstoestand? (0.

VAK: Mechanica - Sterkteleer HWTK

Plasticiteit en grensspanningshypothesen INHOUD LES 2. Inleiding grensspannings-hypothesen

Piekresultaten aanpakken op platen in Scia Engineer

ONGESCHOORDE RAAMWERKEN

Productontwikkeling 3EM

Tentamen Toegepaste elasticiteitsleer (4A450)

Rij woningen met penanten in de voor- en achtergevel

STIJFHEIDSMATRIX VAN ASYMMETRISCHE

XFrame2d. de Hof LA Almen

Module 9 Uitwerkingen van de opdrachten

Herberekening Terbregseplein

Bezwijkanalyse kokerbrug met 3D schalenmodel (2)

Mechanica van Materialen: Voorbeeldoefeningen uit de cursus

Tentamen CT3109 ConstructieMechanica 4 16 april 2012 ANTWOORDEN

Bachelor Eindwerk. Eigenfrequentie van belaste panelen

Module 6 Uitwerkingen van de opdrachten

Solid Mechanics (4MB00) Toets 2 versie 1

Veelvlakkige portalen

IJkingstoets september 2015: statistisch rapport

De trekproef. De trekproef - inleiding. De trekproef - inleiding. De trekproef - inleiding. Principe. Bepalen van materiaaleigenschappen

IJkingstoets september 2015: statistisch rapport

IJkingstoets september 2015: statistisch rapport

Rij woningen met penanten naast het trapgat

PROJECT 4: Kinematics of Stephenson 2 mechanism

ANTWOORDEN ( uitgebreide versie )

TOEGEPASTE MECHANICA 6 1 e Jaar. Ir J.W. (Hans) Welleman Universitair docent TU-Delft, Civiele Techniek, Constructiemechanica

DOORBUIGING VAN BETONCONSTRUCTIES

Module 6 Uitwerkingen van de opdrachten

GEMEENTE KATWIJK Afdeling Veiligheid Team Vergunningen

Module 4 Uitwerkingen van de opdrachten

Struct4U Berekeningsnummer : Revisie : Blad 1 van 13 Projectnummer : Datum - tijd : :33

Solid Mechanics (4MB00) Toets 2 versie 4

Module 2 Uitwerkingen van de opdrachten


Gedrag bij brand van staal-beton vloersystemen. Eenvoudige ontwerpmethode. Doel of van de ontwerpmethode. Inhoud van de presentatie

1 Uitwendige versus inwendige krachten

Tentamen CT3109 CONSTRUCTIEMECHANICA april 2012, 09:00 12:00 uur

Ontwerpcase diepwand en schematisering van betonnen elementen in EEM. 26 februari 2019 POV MACRO STABILITEIT

integreren is het omgekeerde van differentiëren

Constructieberekening

Buiging van een belaste balk

De bisectie methode uitgelegd met een makkelijk voorbeeld

Verbouwing woning aan De Sitterlaan 121 te Leiden.

Scia en Scia Engineer

Formules Materiaaltechnologie


Module 2 Uitwerkingen van de opdrachten

BIOFYSICA: Toets I.4. Dynamica: Oplossing

Simulatie van onthechtingsmechanismen bij betonconstructies versterkt met uitwendig gelijmde koolstofvezelwapening. DOV mei 2004 Ernst Klamer

Construct De meest complete gereedschapskist voor de constructeur

8 pagina s excl voorblad van 13:30-16:30 uur J.W. (Hans) Welleman

SAMENSTELLEN EN ONTBINDEN VAN SNIJDENDE KRACHTEN OPGAVEN

RFEM Nederland Postbus ZG DOORWERTH

Dwarskrachtcapaciteit Gouwe Aquaduct

Het versterken en verstijven van bestaande constructies

: Vermeld op alle bladen van uw werk uw naam. : Het tentamen bestaat uit 4 bladzijden inclusief dit voorblad en een uitwerkingsblad.

woensdag 6 augustus 2008, u Code: 8W020, BMT 1.3 Faculteit Biomedische Technologie Technische Universiteit Eindhoven

Constructie rapport. Verbouwing woonhuis aan Frans Babylonstraat 10 te Deurne Fam. Schrader te Deurne

5.8. De Bessel differentiaalvergelijking. Een differentiaalvergelijking van de vorm

Adviesbureau ing. A. de Lange Blad: 101 TS/Construct Rel: 5.27b 13 okt 2015 Project : Uitbreiding kantoor Lorentzkade 2 te Harderwijk Datum : k

Aan de hand van de collegevoorbeelden zal de aanpak in CTB2210 worden belicht. Het onderwerp statisch onbepaalde constructies is te splitsen in:

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts

BETONSTAAL GERIBDE en GEDEUKTE STAVEN GERIBDE en GEDEUKTE DRAAD met hoge ductiliteit

Aanvullingen van de Wiskunde

Schalen versus vakwerken CTB3000: BSc Eindwerk

Gaap, ja, nog een keer. In één variabele hebben we deze formule nu al een paar keer gezien:

(Assistenten zijn Sofie Burggraeve, Bart Jacobs, Annelies Jaspers, Nele Lejon, Daan Michiels, Michael Moreels, Berdien Peeters en Pieter Segaert).

Uitwerking tentamen Analyse van Algoritmen, 29 januari

Transcriptie:

INHOUD LES 1 Niet-lineair gedrag van een kabel-element Niet-lineair materiaalgedrag: gewapend betonnen wanden en staalprofielen Niet-lineair raamwerk-element Demonstratie van computerprogramma Dr.Frame Werking van simulatiesoftware voor constructiegedrag Voorbeelden van niet-lineair constructiegedrag: Boogspant en een gewapend betonnen vloer dr. ir. P.C.J. Hoogenboom, 27 mei 2014 1

Niet-lineair gedrag van een Kabel-element y l n u 2y 2 u 2 y 2 y 1 1 x 1 u 1y u 1x u 1 l o o o Kinematische vergelijking: x 2 u 2x x rek = verlenging / oorspronkelijke lengte 2

Kabel-element Kinematische vergelijkingen lineair: 2 2 2 1 2 1 l ( x x ) ( y y ) o cos o cos o 2 1 2 1 u u cos u cos 1 1x o 1y o u u cos u cos 2 2x o 2y o u 2 1 l o x y u l l o o x y 3

Kabel-element Kinematische vergelijkingen niet-lineair: 2 2 2 1 2 1 l ( x x ) ( y y ) o tmp ( x u ) ( x u ) 1 2 2x 1 1x tmp ( y u ) ( y u ) 2 2 2y 1 1y 2 2 1 2 l tmp tmp n l n l o l o 4

Kabel-element Getallenvoorbeeld 1: x1=1, y1=1, x2=4, y2=3 u1x=0.1, u1y=0.2, u2x=0.3, u2y=0.6 Lineair 0.1077 Niet-lineair 0.1094 Getallenvoorbeeld 2: x1=1, y1=1, x2=4, y2=3 ux1=1, uy1=2, ux2=3, uy2=6 Lineair 1.077 Niet-lineair 1.166 5

Kabel-element Conclusies kinematische vergelijkingen: Bij kleine verplaatsingen (rotaties) maakt lineair of niet-lineair weinig uit. Vergroting van de verplaatsingen met een factor 10 geeft een vergroting van de lineaire rek met een factor 10. Zoöok Optellen van twee sets van verplaatsingen geeft een lineaire rek gelijk aan de som van de rekken van de twee sets. 6

Kabel-element Constitutieve vergelijking: N r N lineair niet-lineair werkelijkheid r 7

Kabel-element Constitutieve vergelijkingen: Lineair: N EA Niet-lineair: 0 als 0 N EA 1 als 0 2r 0 als r r 8

Kabel-element F 2y F 2x y 2 y 1 y 1 x 1 u 1y u 1x F 1y N F 1x l n l o n o o n 2 N x 2 u 2x u 2y x Knoopkrachten 9

Kabel-element Lineaire evenwichtsvergelijkingen: F Ncos F F F 1x 1y 2x 2y Ncos o o Ncos Ncos Niet-lineaire evenwichtsvergelijkingen: ( x2 u2 ) ( 1 1 ) cos x x u x n l cos F F F F 1x 1y 2x 2 y n o o ( y u ) ( y u ) Ncos Ncos n 2 2y 1 1y n n Ncos Ncos n n l n 10

Algemeen Fysisch niet-lineair De constitutieve vergelijkingen zijn nietlineair. Geometrisch niet-lineair De kinematische vergelijkingen of de evenwichtsvergelijkingen zijn niet-lineair. 11

Algemeen Bij een lineair model kunnen we de momenten, verplaatsingen etc. van verschillende belastinggevallen vermenigvuldigen met belastingfactoren en optellen. Dit heet superponeren. Dus de belastingcombinaties kunnen worden gekozen ná het uitvoeren van de elementenberekening. Bij een niet-lineair model kunnen we niet superponeren. Dus de belastingcombinaties moeten worden gekozen vóór het uitvoeren van de elementenberekening. 12

Niet-lineair materiaalgedrag: gewapend betonnen wanden We beschouwen een kubus uit een gewapend betonnen wand. Een constitutief model hiervoor is de Modified Compression Field Theory. Ontwikkeld in 1982 in Toronto. xx (2) sx xx (1) yy sy (4) xx yy 1 c1 yy xy 2 c2 xy (3) 13

Gewapend betonnen wanden Wapeningsgedrag (2) y s y E s 1 y Betongedrag (3) 'c y f cr c cr 0,4 0,2 t = 0,0 f ' c 14

Gewapend betonnen wanden www.mechanics.citg.tudelft.nl/rc 15

Niet-lineair materiaalgedrag: Staalprofielen Interactiediagram van een rechthoekige profieldoorsnede vloeigrens elastoplastisch gebied elastisch gebied -1 1 2 3 2 3-1 M M p 1 M M 3 2 N N p p M M p N N p N N p 2 1 1 16

Staalprofielen M M p 1,0 0,8 Moment versus kromming van een rechthoekige doorsnede 0,0 0,2 0,4 N N p 0,6 0,6 0,4 0,8 e 2 y Eh 0,2 0,9 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 e 17

18 Staalprofielen 1,0 1,0 0 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 p M M p N N /6 /10 b h f h l h /4 /30 /40 b h f h l h 0 0 f l /2 /16 /22 b h f h l h l b

Niet-lineair raamwerk-element l T 2 P 1 v 1 T 1 2 v2 1 w 1 w 2 P 2 F 1 Kinematische vergelijking 2 d w dx Constitutieve vergelijking M EI 2 Evenwichtsvergelijking 2 2 d w N dx d M 2 2 dx 0 F 2 19

Raamwerk-element De stijfheidsmatrix hangt af van de normaalkracht N Nl EI 2 2 sin 2(1 cos ) sin 2 sin cos 2(1 cos ) sin 2 2 2( ) 0 ( ) l 2( ) 0 ( ) l F1 EA 2 EA 2 0 0 0 w1 1 l l P EI EI v 1 2 2 1 ( ) 0 1 T EI l l l 3 F2 2 l symmetrisch 2( ) 0 ( ) l w2 P2 EA v 2 2 0 l 2 T2 EI 2 l 20

Raamwerk-element Computer-procedure voor niet-lineaire raamwerkberekening: Neem aan dat N = 0 Bereken de stijfheidsmatrix Bereken de krachtsverdeling Dus N = Bereken de stijfheidsmatrix Bereken de krachtsverdeling Dus N = Bereken de stijfheidsmatrix Bereken de krachtsverdeling. Totdat de oplossing niet meer verandert Dit is de sectantmethode. Dr. Frame: Gebruik voor elke iteratie toets i. 21

Demonstratie van het programma Dr. Frame Automatische 2 de orde berekening (2nd Order Analysis on) Belasten tot de kniklast, hogere knikvormen, divergentie Gereduceerde stijfheid om imperfecties in rekening te brengen (Load-Dependent EI on) Benuttingsgraad van de doorsnede (Normalized Values on) Gebruik van plastische scharnieren (Install Plastic Hinges) 22

Amerikaanse veiligheidsfactoren en hoe je die kan uitzetten (Resistance Factors off) 23

Werking van software voor simulatie van statisch constructiegedrag In het algemeen werkt software voor statische berekeningen niet met de secantmethode maar met de tangentmethode. belasting tangentstijfheid initiële stijfheid secantstijfheid verplaatsing 24

Werking van simulatiesoftware Black boxes van materiaalgedrag: Lineair, elastisch, plastisch, beton, staal, hout, invoer rekken materiaal gedrag uitvoer spanningen Black boxes van elementgedrag: Kabel-element, raamwerk-element, plaat-element, schaal-element, volume-element, invoer knooppuntverplaatsingen element gedrag uitvoer knooppuntkrachten Black box van modelgedrag: invoer inwendige knoopverplaatsingen u model gedrag uitvoer inwendige knoopkrachten f i 25

Werking van simulatiesoftware inwendige knoopkracht inwendige knoopverplaatsing knoop onbalans opgelegde knoopkracht gaping opgelegde knoopverplaatsing Opgelegde knoopkrachten en opgelegde verplaatsingen worden aangebracht in stappen. Gapingen en onbalansen horen gelijk nul te zijn. Deze worden steeds kleiner gemaakt in een iteratieproces. 26

Werking van simulatiesoftware De berekening bestaat dus uit stappen en iteraties. belasting factor stap 3 stap 2 stap 1 iteratie 3 iteratie 2 iteratie 1 verplaatsing 27

Werking van simulatiesoftware Detail Dit is het bepalen van een nulpunt met de Newton-Raphson methode. 28

Werking van simulatiesoftware Voor de iteraties wordt vaak de tangentmatrix gebruikt. Andere matrices die op de tangentmatrix lijken kunnen ook worden gebruikt. Dit is van belang voor de snelheid van de berekening. Als de gapingen en onbalansen voldoende klein zijn, stoppen de iteraties en wordt een nieuw stap aangebracht. Het afbreekcriterium is van belang voor de nauwkeurigheid van de berekening. De grootte van de belastingstappen is voornamelijk van belang voor het al dan niet convergeren van de berekening. 29

Werking van simulatiesoftware Als de belasting te groot wordt divergeert het iteratieproces. belastingfactor verplaatsing 30

Werking van simulatiesoftware Een oplossing hiervoor is booglengte sturing (arch length control). belastingfactor verplaatsing 31

Niet-lineair constructiegedrag: Boogspant 1 3 a a F 10F 2 F u 10F 3 4 10F F 5 10F F 1 a a a a a 6 32

Boogspant 0,07 Fa2 EI D kniklast 0,06 A lineair E geometrisch niet-lineair 0,05 0,04 B star-plastisch en geometrisch lineair 0,03 C star-plastisch en geometrisch niet-lineair 0,02 F elasto-plastisch en geometrisch niet-lineair 0,01 u a 0 0,004 0,008 0,012 0,016 0,020 33

Niet-lineair constructiegedrag: Gewapend betonnen vloer a a elementenverdeling a a vloeilijnenpatroon A y x A p u doorsnede A-A u 34

Gewapend betonnen vloer 35